Escuela militar de ingenieria

Registros de pozos

Stefany Almaraz Gomez C

Brandon Arispe Orellana C2899-1

Gary Cartagena Ugarte C

Mirko Muriel Fiorilo C2921-1

Gustavo Zalles Arrieta A10675-5

FLOW METER

Caudal.-

En nuestro medio se denomina caudal al volumen que circula en la unidad de tiempo, por semejanza al inglés se usa la palabra Flujo (Flow).

Caudalímetro.-

Un caudalímetro es un instrumento de medida para la medición de caudal o gasto volumétrico de un fluido o para la medición del gasto másico. Estos aparatos suelen colocarse en línea con la tubería que transporta el fluido. También suelen llamarse medidores de caudal, medidores de flujo o flujómetros.

Componentes Generales de un Caudalímetro.-

Consta del elemento primario que es el generador de la señal física inicial o Transductor y del elemento secundario el cual es un Transmisor que actúa como convertidor y acondicionador de la señal previamente generada.

Transductor.- Elemento que adquiere la variable física que queremos medir en forma directa o indirecta.

Transmisor.- Elemento Físico que transforma la variable sensada (adquirida) en una variable que pueda manejar el instrumento industrial de medición, ya sea eléctrica o neumática. Se da un acondicionamiento electrónico o neumático capaz de llevar las mediciones a los demás instrumentos de control componentes del sistema mediante señales normalizadas.

A continuación se muestra el diagrama de funcionamiento de un caudalímetro.

Precauciones en la Aplicación de Caudalímetros.-

Cada tipo de caudalímetro tiene sus aplicaciones específicas y limitaciones para la instalación de los mismos. No existe un caudalímetro para todos los casos. La manera de seleccionar el medidor de caudal correcto es utilizar la aplicación como su guía y no así la tecnología. Muchas de estas tecnologías van a funcionar bien en muchas aplicaciones. Si usted comienza con la aplicación, se puede seleccionar la tecnología que desea utilizar en función de la precisión, costo, durabilidad y confiabilidad, en vez de tratar de hacer que la tecnología ha elegido adaptarse a la aplicación que tiene.

Existen alrededor de 120 diferentes principios de operación de medidores de caudal, estos son operados en temperatura entre -260 °C y +800 °Cy en presiones que van desde el vacío a 800 bar. Los diámetros de los medidores de caudal van desde 1 mm a varios metros, y los fluidos utilizados son muy diversos como: gas, gas natural, líquidos criogénicos, mezclas complejas, etc. Algunos medidores requieren ser operados en el nivel más bajo posible de incertidumbre, algunos solo necesitan ser repetibles y otros solo nos sirven de indicadores.

Selección de caudalímetro.-

La base para la selección de un buen caudalímetro es entender los requisitos para cada aplicación en particular. De esta manera se debería invertir tiempo en una evaluación completa de la naturaleza del fluido del proceso a lo largo de toda la instalación. A continuación algunas preguntas que deben hacerse antes de elegir un caudalímetro:

• ¿Cuál es el fluido que está siendo medido por el caudalímetro o medidores de caudal (aire, agua, etc..)?

• ¿Se requiere medición de la frecuencia y / o totalización del medidor de flujo?

• Si el líquido no es agua, cual es la viscosidad es el líquido?

• ¿El fluido esta limpio?

• ¿Necesita una pantalla local en el medidor de flujo o se necesita una salida de señal electrónica?

• ¿Cuál es el caudal mínimo y máximo para el medidor de flujo?

• ¿Cuál es la presión de proceso mínima y máxima?

• ¿Cuál es la temperatura de proceso mínima y máxima?

• ¿El fluido es químicamente compatible con las piezas húmedas del caudalímetro?

• Si se trata de una aplicación de proceso, ¿cuál es el tamaño de la tubería?

Guía para la medición de flujo.-

Al elegir medidores de flujo, se debe considerar estos factores intangibles como el conocimiento del personal de planta, su experiencia con la calibración y mantenimiento, disponibilidad de piezas de repuesto. También se recomienda que el coste de la instalación se computará sólo después de tomar estos pasos. Uno de los errores de medida más comunes de flujo es la inversión de esta secuencia: en lugar de seleccionar un sensor que funciona correctamente, se realiza un intento para justificar el uso de un dispositivo, ya que es menos caro. Esas compras baratas pueden ser las instalaciones más costosas.

El primer paso en la selección del sensor de flujo es para determinar si la información de velocidad de flujo debe ser continua o total, y si esta información es necesaria de forma local o remota. Si es remota, debe ser la transmisión

analógica, digital, o compartido? Y, si es compartida, ¿cuál es la deseada (como mínimo) de datos de frecuencia de actualización? Una vez que estas preguntas son respondidas, una evaluación de las propiedades y características de flujo del fluido de proceso y de las tuberías donde se acomodará el medidor de caudal.

El líquido y las características de flujo: En esta sección de la tabla, el nombre del fluido es dado y su presión, temperatura, caída de presión permisible, la densidad (o peso específico), la conductividad, la viscosidad (newtoniano o no?) y presión de vapor a la máxima temperatura de funcionamiento se muestran, junto con una indicación de cómo estas propiedades pueden variar o interactuar. Además, toda la información de seguridad o de toxicidad debe ser proporcionado, junto con datos detallados sobre la composición del fluido, la presencia de burbujas, los sólidos (abrasivo o blanda, tamaño de partículas, fibras), tendencia a la capa, y las cualidades de transmisión de luz (opaco, translúcido o transparente?).

Los valores de presión y temperatura tanto máximos y mínimos deben ser dados, además de los valores normales de funcionamiento cuando se selecciona caudalímetros. Si el flujo puede invertir, si no siempre llena el tubo, si el flujo de lodo puede desarrollar (aire-sólido-líquido), si la aireación o la pulsación es probable, si los cambios bruscos de temperatura pueden ocurrir, o si se necesitan precauciones especiales durante la limpieza y mantenimiento, estos hechos también deberá indicarse.

En cuanto a la tubería y el área en la que los medidores de flujo se encuentra, considerar:

Para las tuberías, su dirección (evitar el flujo hacia abajo en aplicaciones de líquidos), el tamaño, el material, el horario, accesibilidad, cambios de corriente hacia arriba o hacia abajo, válvulas, reguladores y longitudes disponibles de tuberías recta.

El ingeniero debe saber si existen vibraciones o campos magnéticos en el área, si la alimentación eléctrica o neumática está disponible, si la zona está clasificada por riesgo de explosión, o si existen otros requisitos especiales, tales como el cumplimiento de las normas ambientales.

El siguiente paso es determinar el rango de metros requerida mediante la identificación de los flujos mínimo y máximo (en masa o volumétrica) que serán medidos. Después de eso, la exactitud de medición del caudal requerido se determina. Típicamente precisión se especifica en porcentaje de lectura real (AR), en porcentaje de cada segmento calibrado (CS), o en porcentaje de la escala total (FS) unidades. Los requisitos de exactitud debe ser separados según el caudal mínimo, normal y máximo. Si no se conocieran estos requisitos, el rendimiento del medidor de caudal podría no ser aceptable durante su utilización.

Antes de especificar un medidor de flujo, también es aconsejable determinar si la información del flujo será más útil si se presenta en masa o las unidades volumétricas. Cuando se mide el flujo de materiales compresibles, flujo volumétrico no es muy significativa a menos que la densidad (y algunas veces también la viscosidad) sea constante. Cuando la velocidad (flujo volumétrico) de líquidos incompresibles se mide, la presencia de burbujas en suspensión provocará error, por lo tanto, el aire y el gas debe eliminarse antes de que el fluido alcanza el medidor. En otros sensores de velocidad, los revestimientos de tuberías puede causar problemas (ultrasonidos), o el medidor puede dejar de funcionar si el número de Reynolds es demasiado bajo (en metros de emisión de vórtices, RD> 20.000 se requiere).

En vista de estas consideraciones, medidores de flujo de masa, que son insensibles a la densidad, presión y variaciones de viscosidad y no son afectados por los cambios en el número de Reynolds, debe tenerse en cuenta.

Clasificación de los diferentes Caudalímetros.-

Es muy importante conocer la clasificación de los medidores de caudal si deseamos obtener calidad en nuestras mediciones. La clasificación que se presenta en este documento es en base a la norma BS 7405 (British Standard Institution 1991). Esta norma es de gran ayuda para conocer los tipos de medidores y como guía para su selección. La norma BS 7405, divide a los medidores de flujo en 10 grupos.

La tabla a continuación nos muestra los diez grupos de caudalímetros:

Grupo 1. Medidores de flujo de presión diferencial convencional

La placa de orificio es el tipo de medidor de caudal de presión diferencial más utilizado; por lo que su comportamiento es el más conocido.

Existen una gran cantidad de normas disponibles que describen su comportamiento. Este tipo de medidor, es afectado por el perfil de flujo, por loque es necesario una instalación con suficiente longitud en línea recta. La longitud del medidor aguas arriba puede ser reducida con el uso de acondicionadores de flujo. La placa de orificio trabaja para líquidos y gases.

Su coeficiente de descarga esta en función de los números de Reynolds. La calibración es necesaria para reducir su incertidumbre y no es indispensableutilizar el mismo fluido de trabajo en la calibración, ya que el coeficiente dedescarga de la placa es independiente del mismo.

Las toberas y los tubos Venturi trabajan de una manera similar, pero serequiere de calibración para no tener incertidumbres grandes en losmedidores. La diferencia de ellos radica principalmente en la forma que serealiza la restricción en la tubería, típicamente los tubos Venturi y las toberas generan una menor perdida de presión, debido al perfil del elemento.

Grupo 2. Otros medidores de presión diferencial

Los medidores de área variable es un medidor simple y barato para aplicaciones de gas y líquido, tiene una exactitud aproximadamente del 2 %.Esto medidor es muy bueno para aplicaciones del control de procesos ócomo indicador.

Otros tipos de estos medidores son los V-cone y los elementos de flujolaminar. Cada uno tiene sus p a r t i c u lares ventajas. Estos instrumentos requieren de válvulas o restricciones de tubería para proporcionar las mediciones requeridas.

Para gas, la tobera de flujo crítico es una buena referencia de calibración. Este tiene caída de presión diferencial alta y por lo cual este no es usado en aplicaciones en la cual la caída de presión es importante.

Grupo 3. Medidores de desplazamiento positivo

Los medidores de desplazamiento positivo proporcionan alta exactitudy mediciones repetibles en los fluidos limpios. Estos son robustos y caros.Estos son muy utilizados en trabajos de fiscalización y transferencia de custodia. Estos medidores no son generalmente afectados por cambios en el perfil de flujo generados por la tubería de instalación. Son utilizados para medir fluidos de alta viscosidad.

Grupo 4. Medidores tipo turbina

Los medidores tipo turbina son utilizados en aplicaciones de muy buena exactitud tanto en gas como en líquido. Estos medidores tienen una restricción debido a la máxima viscosidad que pueden llegar a manejar es de 30 cSt. Son medidores muy repetibles pero muy sensibles a la viscosidad, perfil de flujo, y pulsaciones. Son de rápida respuesta y buena repetibilidad, aseguran un amplio alcance de aplicaciones que van desde la fiscalización o transferencia de custodia de líquidos y gases, hasta el control de procesos.

Grupo 5. Medidores oscilatorios

Los medidores Vortex son el tipo más común de medidores oscilatorios.Estos son usados para aplicaciones de líquidos y gases. Son medidores quese ven afectados por el perfil de flujo y las pulsaciones en la tubería. Estosmedidores pueden ser caracterizados por el número de Reynolds, suscaracterísticas hacen que la calibración pueda ser realizada con un fluido diferente que el del trabajo.

No tienen partes en movimiento. Las pulsaciones en línea provocan afectaciones considerablemente en la generación de los vórtices, que provocan errores de medición considerables.

G r u p o 6 . M e d i d o r e s electromagnéticos.

Estos medidores están restringidos a ser utilizados con fluidos conductivos, estos medidores son ampliamente usados en la medición de caudal de líquidos. Llegan a tener un intervalo de medición muy amplio (arriba de 1000:1) y aparentemente no tienen cambios significativos por deriva de uso, lo que los hace ser seleccionados como primera opción en los sistemas de distribución de agua. Típicamente estos medidores no se ven afectados por las perturbaciones en el flujo.

Grupo 7. Medidores ultrasónicos

En sus varias formas, es el medidor que ha tenido más rápido desarrollo.Actualmente se utiliza para cuestiones de fiscalización, transferencia decustodia o para determinar caudales en una tubería. Los medidores ultrasónicos “clamp-on” son los únicos que pueden proporcionar una medición no intrusiva del caudal, con su respectiva consecuencia de tener una baja exactitud en la medición. Su principio de operación, hace que estos medidores puedan ser afectados por ruido acústico generados por válvulas o tuberías.

Su principio de operación, hace que estos medidores puedan ser afectados por ruido acústico generados por válvulas o tuberías.

Grupo 8. Medidores másicos

Los medidores coriolis proporcionan mediciones directas de caudal másico.La inclusión de las mediciones de densidad nos proporciona a la vez el volumen. También miden gas, pero miden mejor cuando la presión (densidad) es alta. Logrando incertidumbres mejores al 0.5%. Este tipo de medidor esta empezando a desplazar a la turbina y a los medidores de desplazamiento positivo. Los intervalos de calibración para este tipo de medidores pueden llegar a ser grandes, siempre y cuando se realicen verificaciones periódicas de la deriva del cero que pueden llegar a realizarse en sitio. No existe evidencia que los medidores coriolis sean afectados por los perfiles de velocidad. Cuando se utilizan medidores coriolis es vital evitar la vibración sobre los medidores y evitar las pulsaciones de flujo. Se deben de instalar válvulas aguas arriba y abajo del medidor para establecer el cero de equipo.

Grupo 9. Medidores térmicos

Los medidores de flujo térmicos pueden ser divididos en dos principales tipos: en medidores térmicos utilizados para medir pequeños caudales de gas yanemómetros de inserción de hilo caliente usualmente usados para procesos de investigación.Generalmente, los medidores de caudal térmicos que emplean un capilar no son afectados por vórtices o remolinos, pero sin embargo los medidores térmicos de línea son sensibles a ambos. Es recomendable seguir las recomendaciones del fabricante para distancias mínimas de instalación aguas arriba y aguas debajo de las fuentes de perturbación observadas. Los medidores térmicos no son sensibles a la vibración, pero los medidores de inserción deben ser firmemente fijada en la tubería para prevenir resonancia.

Grupo 10. Misceláneos.

Es posible utilizar varias técnicas (tubos de pitot, medidores electromagnéticos de inserción, anemómetros de hilo caliente, anemómetros láser tipo Doppler) para medir la velocidad en diferentes puntos a través de la tubería y entonces integrar las mediciones para determinar el caudal, estas técnicas son llamadasmétodos de “velocidad-área”.

Los probadores y los dispensadores de pesada automática son considerados como aplicaciones especiales.

Conclusiones

La mayoría de los medidores de caudal son diseñados para operar en condiciones ideales. En la práctica, es raramente posible alcanzar estascondiciones y la forma en la cual el medidor es instalado puede generarun error de medición. Las fuentes más comunes de errores de instalación incluyen:

• Disturbios aguas arriba o aguas debajo del medidor causados por codos, válvulas u otro tipo de conexión.

• Flujo pulsante.

• Fuentes de ruido acústico y vibración.

• Partículas o burbujas en el flujo.

Para finalizar es importante tomar en cuenta en la selección de un medidor de caudal su principio de medición y las características del flujo en la tubería.

Ejemplo.-

BIBLIOGRAFIA

British Standards Institution (1991), Guide to Selection and Application of Flow Meters for the Measurements of Fluid Flow in Closed Conduits, British Standard BS 7405, British Standard Institution, London.

Baker, R. C. (2000), Flow Measurement Handbook: Industrial Designs, Operating Principles, Performance and Applicatios, Cambridge University Press, Cambridge.

Sydenham, P. H., Thorn Richard, Handbook of Measuring System Design, John Wiley & Sons Ltd, London.

WEB BIBLIOGRAFICA

http://www.flowmeters.com/

http://www.hydrothermengineeringservices.com/testing-meters.html

http://www.ep-weatherford.com/solutions/IW/Optical_Multiphase_Flowmeter.htm

http://www.c-a-m.com/Forms/Product.aspx?prodID=758b700b-4fd3-4d77-8d7d-6c25dd456bea

Anexos.-

Rotameter or Variable Area Flowmeter for Gases and Liquids

More Variable Flowmeters: Spring and Piston Flow Meters for Gases and Liquids

Mass Gas Flowmeters

Ultrasonic Flowmeters (Non-Intrusive or Doppler) for Liquids

Turbine Flow meters

Paddlewheel Sensors

Positive Displacement Flowmeters

Vortex Meters

Pitot Tubes or Differential Pressure Sensor for Liquids and Gases

Magnetic Flow meters for Conductive Liquids